Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretek modul

1. Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretek modul Környezetgazdálkodás Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖK MSC

2. Szélmérés II.Sugárzásmérés 15. előadás 29.-30. lecke

3. A szél nagyságának (sebesség) mérési alapelve. A sugárzásmérés – közvetett eljárás bevezetése 29. lecke

4. Szélsebesség mérés A szélsebesség közelítésének két lehetősége van: – egységnyi felületre ható szélnyomás mérés (nyomólapos szélmérő; csak történeti jelentőségű – Leonardo 1500) • egységnyi idő alatt megtett út mérése. Ennek műszerei: Rotációs szélmérők – áttételeken számláló berendezést, vagy valamilyen regisztráló, ill. kijelző szerkezetet működtet. • Leggyakoribb fajtája a forgókanalas szélmérő, mely egy 3 ágú pontosan méretezett rotor, mely lehet kanál (kónuszos kanál), vagy lap, egy tengelyre merőlegesen felszerelve.

5. Az egységnyi idő alatti körülfordulások számát méri, mely arányos a szélsebességgel. • A rotációs szélmérőknek van kézi kanalas, vagy lapátkerekes változata is. • Egyetemes szélíró - Fuess-féle változat A hazai hálózat alapvető mechanikus műszere. Három szél karakterisztikát együttesen regisztrál: szélirányt, sebességet és széllökést. Két része: a szenzorok (3 kanalas rotor, szélzászló és anemométer) és az írószerkezet. A rotor a szél utat méri. A maximális széllökést a Prandtl cső (nyomócsöves anemométer) érzékeli. A szélirányt szélzászló rögzíti.

6. 106. ábra Széljellemzők mérésére szolgáló eszközök összefoglalása Czelnai

7. 107. ábra Kézi kanalas szélmérő digitális kijelzővel anemometer-helmer.de/

8. Speciális felépítésű szélmérők • Aerodinamikus szélmérő a szélnyomás mérésre vezeti vissza a szélsebesség meghatározását. • Hődrótos szélmérő a szél hűtő hatásából következtetünk a szélsebesség alakulására. Egy hevített platinaszál termoelemhez csatlakozik, a referencia érték a mindenkori léghőmérséklet . A hőmérsékleti különbség szinten tartásához eltérő energia kell, mely a szél nagysággal lesz arányos. • Akusztikus szélmérő hangimpulzus változásból. A szenzor egyben jeladóként is működik.

9. 108. ábra Akusztikus szélmérő www.geog.ubc.ca/.../field-visit-2/Pages/5.html

10. A hazai hálózatban a mérő-automatáknál árnyékolás nélküli terepen 10 m magasra tesszük a szélmérő szenzorait. A szélzászló alumíniumbók készül, s egy fototranzisztorral áll kapcsolatban, mely 64 szélirányt képes megkülönböztetni. Hibája: +2,8°. A szélkanalak üvegszál erősítésű műanyag kanalak. A kezdéshez minimálisan szükséges legkisebb szélsebesség: 0,4 m/s (tehetetlenség). Pontossága alacsony szélsebességnél 0,1 m/s; magasabbaknál (10 m/s felett) 2%.

11. 109. ábra Az automaták szenzorai (Vaisala)

12. A sugárzás intenzitás 1. A sugárzás erőssége az a hőmennyiség, amely akkor keletkezik, ha a sugárzást teljesen el tudjuk nyeletni (abszolút fekete test). 2. A sugárzás az a hőmennyiség, amely a sugárzásra merőleges egységnyi felületen egységnyi idő alatt keletkezik akkor, ha a felület azt teljesen elnyeli. Mértékegysége: W/m2. Mérési elvek: • Hőmérsékletmérésre visszavezethető (abszolút fekete test) • Feszültség mérésre vezethető vissza (termoelem)

13. Sugárzás mérés – csak közvetett méréssel! A Nap sugárzása (globálsugárzás) rövid hullámhosszúságú: 0,286 – 4,0 μm. Áll: - direkt, vagy közvetlenül sugárzásból (Nap) - diffúz, vagy szórt sugárzásból, mely a levegő molekuláinn, felhőn stb. szóródik Terresztrikus (földi) sugárzás: hosszúhullámú sugárzás: 4,0 – 80 μm. Jön felszínről,légkörből. • Lefelé irányuló sugárzás: a felszín feletti 2π nagyságú térszögből a felszín felé tart. A Nap- és légköri visszasugárzás együttese. • Felfelé irányuló sugárzás: felszín feletti 2π nagyságú térszögből alulról induló sugárzás. Földi és visszavert sugárzás.

14. Sugárzásmérők bemutatása sugárzás típusonként. A műszerek kalibrációja 30. lecke

15. Pirheliométer • A direkt sugárzás intenzitás mérésére szolgáló abszolút műszer (ezzel hitelesítenek, fizikai alapú kalibrálás). Mindig a Nap felé néz, a Nap sugaraira merőleges felületet képez, a Nap járását „követi”. Érzékelője több manganin szalag, melyeket váltogatva árnyékolnak, ill. teszik ki s sugárzásnak. A megvilágított és az árnyékolt lemezek hőmérséklete eltérő. Mérésnél az árnyékoltat melegítik a napossal megegyező hőmérsékletre. A melegítéshez felhasznált energia felel meg a direktsugárzás intenzitásának. • Hálózatosan nem találjuk meg az állomásokon. Meglehetősen drága műszer.

16. 110. ábra Eppley típusú abszolút pirheliométer

17. Piranométer • Globálsugárzás intenzitását méri a vízszintes felszínen. Ez a rövidhullámú sugárzás. A nem felülről érkező sugárzást „gallér” árnyékolja. A szenzort üvegbúra fedi, mely kiszűri a hosszúhullámú sugárzást. Emellett van védő szerepe is. Termoelektromos elv alapján működik. A szenzora két eltérő színű ezüst gyűrű, melyen a sugárzás hatására hőmérséklet különbség alakul ki, melyet termooszlop mér. A feszültségkülönbség arányos a sugárzás intenzitásával. Elhelyezés: vízszintezés szerepe, árnyékolás mentesség-szabad tér, 2 évente történő hitelesítés Kipp & Zonen típusú piranométer

18. 111. ábra A Kipp & Zonen piranométer

19. Nettó sugárzásmérő (pirradiométer) • A sugárzási egyenleg, a nettó sugárzás a teljes felfelé és lefelé haladó sugárzások különbsége. Mérésekor van egy érzékenységben azonos felfelé és egy lefelé néző szenzor, melyek hőmérséklet különbségéből kapjuk a kimenő jelet. Diffúz sugárzás mérése A gyakorlatban piranométerrel mérjük a diffúz sugárzást is úgy, hogy árnyékoló gallérral látjuk el a piranométert, mely folyamatosan „eltakarja” a Napot, vagyis követi a Nap látszólagos járását.

20. Pirgeométer • A hosszúhullámú sugárzás mérésére pirgeométert használunk. A szenzora a felszín felé fordított, s hőhatás mérés alapján működik. Problémát jelent a Napsugárzás 0,3-5 μm és a terresztriális sugárzás 4-100 μm spektrumainak szétválasztása. Ezért nappal nem is tudjuk külön meghatározni ezeket, hanem helyette csak a teljes sugárzás mérésére van lehetőségünk. Ellenben éjszaka, szélcsendes időben a két tartomány jól szétválasztható.

21. 112. ábra Eppley típusú pirgeométer

22. Napfénytartam mérő: pirheliográf • A tényleges (aktuális) napfénytartam a napsütés órák száma a napkelte és a napnyugta közötti időszakban. Elméleti csúcsértékét a csillagászatilag lehetséges napfénytartam adja. • Mérését a Campbell-Stokes féle napfénytartam mérővel végezzük, mely egy 96 mm átmérőjű üveggömb. A ráeső sugarakat fókuszálja, s a gyújtópontjában elhelyezett papírlapon égési nyomot hagy. Csak > 150 W/m2 feletti sugárzást tud jelezni. • Kihelyezésnél az É-D irányt kell tartani úgy, hogy dél felé nézzen. Belőle a globálsugárzás számítható. Főleg történeti jelentőségű.

23. 113. ábra Campbell-Stokes féle napfénytartam mérő www.fairmountweather.com/products_bottom.php?...

24. Sugárzásmérők kalibrációja • Nemzetközi központokban történik. A nevezett központokban kalibrált műszerrel aztán lehet tovább kalibrálni, de házilagosan ezt megoldani nem lehet. Speciális igényű sugárzás mérések • Fotoszintetikusan aktív sugárzás – kvantum szenzor (400-700 nm között). Némi eltérés a tényleges FAR spektrum (380-720 nm) és a műszer által mért érték között van. Növényi vizsgálatokban elterjedt. - UV-B sugárzás mérés: Brewer – féle spektrofotométer; Robertson-Berger típusú UV biométer - a biológiailag hatékony tartományt méri (emberi bőr)

25. 114. ábra LI-COR típusú FAR mérő kvantum szenzora a kijelzőjével http://www.licor.com/env/Products/li250/LI-250A_SensorSh.jpg

26. 115. ábra Brewer féle spektroradiométer http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/0870280401002.png

27. Köszönöm figyelmüket!